36. 핵연료 결함 진단에 사용하는 옥소의 물리적, 화학적 특성으로 옳지 않은 것은?
① 냉각수에 대한 용해도가 작다.
② 핵분열 생성률이 비교적 크다.
③ 피복관 내 이동률이 크다.
④ 동위원소 간의 반감기 차이가 비교적 크다.
아이오딘은 핵연료 결함진단에 사용됩니다.
피복관이 손상된다면 핵분열생성물이 냉각재로 누출됩니다. 이 손상 유무는 냉각재 중 I-131의 농도가 평소보다 높은지로 확인할 수 있고, 손상크기 또한 I-131과 I-133의 비율로 확인할 수 있습니다. I-131과 I-133의 반감기는 8일과 20시간으로 차이가 큽니다. 연료 손상 부위가 클수록 반감기가 짧은 I-133의 비율이 더 증가하게 됩니다.
아이오딘을 손상진단에 사용하는 이유는 아래와 같습니다.
1. 물에 대한 용해도가 크다
2. 피복재 내 이동률이 크다
3. 동위원소 간 반감기 차이가 크다.
4. 핵분열생성률이 크다.
정답 : 1
37. 천연우라늄을 핵연료로 사용하며 100 MWe의 전력을 생산하는 원자로의 가동률이 80%이며, 열효율이 40 %일 때, 이 원자로에서 1일간 소비하는 천연우라늄 양은? (단, 핵연료 1 MT당 6,600 MWd의 열을 생산한다고 가정한다.)
① 약 10kg/day ② 약 20kg/day ③ 약 30kg/day ④ 약 40kg/day
원자로 이용률 : 정격발전량에 대한 실제발전량
원자로 가동률 : 원자로가 운전된 시간 비율. 1년 중 몇일이나 운전했는지.
하루동안 소모되는 우라늄 양을 x kg 이라고 하면,
$$1000 kg : 6600 MW * 1 day = x : \frac{100}{0.4} MW * 0.8 day$$
따라서, x는 30 kg/day 입니다.
정답 : 3
38. 경수로 사용후핵연료의 핵적 특성에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
① 국내 경수로 원전의 사용후핵연료에는 약 1 %의 U-235와 약 0.9 %의 Pu-239가 포함되어 있다.
② 사용후핵연료 내의 초우라늄 원소는 Np, Po, Am, Cm, Pa 등이 있다.
③ 사용후핵연료 내의 악티나이드 원소는 Ac부터 Lr에 이르는 15개 원소로 구성된다.
④ 붕괴열 주요 기여 핵종은 초기 100년 이내에는 Cs, Sr을 포함한 핵분열 생성물 등이고, 그 이후에는 악티나이드이다.
1번 : 맞습니다. 경수로 사용후핵연료에는 1 % 정도의 U-235, Pu-239 가 있고, 핵분열생성물이 한 5 %정도, 나머지는 U-238 입니다.
2번 : 틀립니다.
초우라늄원소 : 우라늄보다 원자번호가 높은 핵종들
Po(폴로늄)은 원자번호가 84로 초우라늄핵종이 아닙니다.
3번 : 맞습니다.
악티나이드 : 원자번호 89 ~ 103 까지의 15개 원소를 말합니다.
이중 우라늄과 플루토늄을 제외한 것들을 "마이너악티나이드"라고 부릅니다.
4번 : 맞습니다.
100년 이내에는 핵분열생성물에 의한 붕괴열이 더 많습니다.
특히 Cs-137과 자핵종인 Ba-137m, Sr-90과 자핵종인 Y-90이 대부분을 차지합니다.
그 이후 반감기가 긴 악티나이드핵종의 붕괴열이 더 많아집니다.
정답 : 2
39. 방사성핵종인 세슘이 어떤 지하매질에 흡착되어 평형을 이루고 있을 때의 지연계수는? (단, 지하매질의 밀도는 $2 g/cm^3$, 유효공극률은 0.5이며, 세슘의 분배계수는 $4 cm^3/g$이다.)
① 1 ② 2 ③ 16 ④ 17
폐기물 처분과 관련하여 지연계수란, 지하수보다 오염물이 느리게 흐르는 정도를 의미합니다. 지하수에 있는 용질은 주변 다공매질로의 흡착, 흡수, 이온교환 등으로 인해 지하수의 물분자보다 느리게 이동하는데 그 상대적인 비율이 지연계수입니다.
다공매질(지하 암반)의 밀도가 높을수록 핵종은 느리게 이동할 것입니다.
암반에 공극(빈공간)이 많을수록 핵종은 빠르게 이동할 것입니다.
분배계수는 핵종이 암반에 달라붙는 정도를 의미하는데 분배계수가 클수록 핵종은 느리게 이동할 것입니다.
따라서 지연계수는 지하암반의 밀도와 분배계수에 비례하고, 지하암반의 공극률에 반비례합니다.
위 식을 이용하여 계산하면 지연계수는 17입니다.
정답 : 4
40. 사용후핵연료 재처리 공정 중 습식법이 아닌 것은?
① 용융전해법 ② PUREX법 ③ BUTEX법 ④ 인산비스무스법
PUREX, BUTEX, 인산비스무스법 모두 핵연료를 물과 접촉시키는 습식법입니다.
PUREX와 BUTEX는 용매추출법인데, 질산에 녹인 핵연료를 각각 TBP와 DBC로 용매추출하는 방법입니다.
인산비스무스법은 질산에 녹인 핵연료에서 침전제를 첨가하여 Pu를 침전시키는 방법입니다.
용융전해법은 건식방법입니다. 사용후핵연료를 염화물로 전환시켜 용융염 형태로 만든 뒤, 전기분해를 이용하여 우라늄과 플루토늄을 동시에 회수합니다.
현재 거의 유일하게 상용화되어있는 방식은 PUREX입니다. PUREX 방법은 플루토늄을 단독회수할 수 있어 핵확산저항성이 나쁩니다. 따라서 제한된 몇 국가만 재처리를 할 수 있습니다.
원자력협정 때문에 PUREX를 사용하지 못하는 우리나라는 파이로프로세싱을 연구중입니다. 용융전해법을 이용한 건식방법입니다만 아직 상용화 수준까진 도달하지 못하였습니다.
정답 : 4번
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